吴清波

（郑州市水利工程监理中心，河南 郑州 450007）

1 概述

陆浑灌区东一干渠郑州段是陆浑灌区的重要灌溉渠道，自建成运行以来一直发挥着巨大的灌溉效益。干渠历经30余年运行，期间为保障其安全运行，对干渠渠道进行了多次改造与维修，但干渠上的渡槽未经系统维护，其中西村渡槽全长为355.60 m，高为35.78 m，断面尺寸为宽3.40～3.64 m，深3.58 m；后林渡槽全长为116.20 m，高为13.34 m，断面尺寸为宽3.56 m，深3.58 m，干沟渡槽全长为123.16 m，高为12.30 m，断面尺寸为宽3.68 m，深3.95 m。现状三座渡槽混凝土碳化，钢筋锈蚀，槽身衔接部位开裂、漏水等现象较为普遍，安全隐患较大，亟须开展工程修复工作。

三座渡槽工程的主要修复内容为：槽身内壁采用双组份喷涂聚脲弹性体防渗材料进行防水处理；混凝土缺损修补，裂缝采用双组份无收缩环氧树脂灌浆处理；槽身混凝土外壁、排架及预应力空腹桁架外壁涂刷异丁基三乙氧基硅烷浸渍液防碳化涂层，更换盖板和栏杆；接缝采用聚氨酯结构密封胶处理，更换伸缩缝止水带。

2 使用的主要化学材料及性能指标

2.1 双组份聚脲

聚脲是一种弹性体材料，具有防水、防腐、耐磨三大特性，简单说就是聚脲是高致密度、连接无拼缝的防水材料，是酸、碱、盐都能耐受的防腐产品，是比橡胶更耐磨的高分子材料。

聚脲材料包括双组份喷涂聚脲、单组分涂刷聚脲和双组份喷刷聚脲3种类型，应根据工程处理部位和过水面流速大小分别选用。本次渡槽内壁表层处理使用的为双组份喷涂型聚脲，主要性能指标如下：黏度（MPa·s）为900，固含量100%，凝胶时间10 s，拉伸强度大于16 MPa，断裂伸长率大于400，黏结强度3 MPa，撕裂强度大于50，硬度（邵A）A70，不透水性（0.40 MPa×2 h）不透水，吸水率（%）小于3，耐磨性阿克隆磨耗6.50 mg。

2.2 硅烷浸渍

硅烷浸渍是保护混凝土免受氯盐腐蚀的理想浸渍材料。硅烷的小分子结构可渗透到混凝土内部与暴露到酸、碱环境中的空气及水分子发生反应，与混凝土材料形成稳定的共价键连接，形成一牢固的斥水层。该层具有突出的憎水性，从而有效地阻止氯化物和水侵入混凝土，保持混凝土的“呼吸作用”，大幅度降低氯离子侵蚀、冻融循环破坏及钢筋腐蚀，提高混凝土建筑物的使用寿命，节省高昂的维修养护成本。

本次工程防碳化的硅烷浸渍为高纯度异丁基三乙氧基硅烷浸渍液，本产品标准：纯度98.9%，颜色无色透明，密度0.87 g/cm3，pH 酸碱度6.3，可水解氯化物36 ug/g；主要性能指标：吸水率（小于5%）3%，浸渍深度（小于等于C45 标准为3-4）3.20 mm，氯化物吸收量的降低率（不小于90%）92.60%。

2.3 聚氨酯密封胶

聚氨酯密封胶系以聚氨酯橡胶及聚氨酯预聚体为主要成分的密封胶，具有强度高、弹性好、耐磨、拉伸性强、抗老化性强等特点，主要用于黏结和密封。

聚氨酯密封胶一般分为单组分和双组份两种基本类型。本工程采用单组分聚氨酯密封胶，该密封胶呈膏状，可挤出或涂抹施工，使用前不必进行化学计量和添加其他交联剂，操作简便易控，省时省力，方便施工；同时具有抗下垂性，嵌填垂直接缝或顶缝不流淌，施工方便，固话速度快；完全固化后无毒，无污染可用于饮水工程。材料主要性能指标见表1。

表1 聚氨酯密封胶性能指标表

2.4 环氧树脂

环氧树脂灌浆材料是以环氧树脂为主体，加入一定的固化剂、稀释剂、增韧剂等混合而成。这种材料黏度低可灌浆性好，可渗入宽0.20 mm 岩层或者混凝土裂内，固化后黏结力强，收缩变形小，稳定性好。材料无毒性且施工操作方便，是处理结构混凝土缺陷的常用补强材料。其具体性能指标见表2。

表2 环氧树脂浆材性能指标表

3 主要材料施工工艺

3.1 渡槽混凝土裂缝处理

三个渡槽槽身和排架混凝土，存在不同程度大大小小的裂缝，据统计三个渡槽裂缝总长度为1 514.90 m，最大裂缝深度在310 mm以内，表面缝宽在0.10～0.40 mm。这些裂缝长期存在会加深加大，进而影响混凝土的结构安全，亟须处理。

3.1.1 裂缝清理及钻孔

首先清除裂缝表面的松散物和缝内的杂物，并用砂轮将结构物表面打磨平整，打磨宽度裂缝两侧大于5 cm。然后沿着裂缝走向采用水磨空心钻头骑缝打孔，孔径在12～16 mm，孔深10～15 cm，孔距25～40 cm 不等。钻孔时边钻边冲，先水后风进行灌浆孔冲洗，确保孔内无碎渣及粉尘等杂物。

3.1.2 安装注浆嘴

采用圆形带有封闭底座的专用注浆嘴逐个装入孔内，表面用环氧胶泥固定牢固。

3.1.3 封闭裂缝

采用环氧胶泥对裂缝面进行全面封闭，裂缝两侧刮磨宽度大于30 cm。

3.1.4 配制化学灌浆材料

环氧灌浆材料为无收缩环氧树脂，由A（环氧树脂）、B（固化剂）双组份组成，按照重量配比10∶1 拌制，搅拌均匀，放置3 min后使用。

3.1.5 灌浆

灌浆压力采用0.20～0.30 MPa。灌浆压力逐级升至设计值，灌浆顺序采用“自下而上，由近端至远端”分Ⅱ序孔进行灌浆作业。灌浆结束标准为孔内不在吸浆，闭浆30 min后结束。

3.2 槽身内壁防水处理

聚脲涂层施工按照基层处理、界面剂涂层和聚脲涂覆的工序作业施工，每个工序完成并经验收合格后方可进入下道工序的施工。

3.2.1 基层处理

①清洗、清理、晾干渡槽槽壁。②用角磨机整体打磨出新面，保证新面平整，粗糙度均匀，洁净，无浮尘。③用清水润湿渡槽内壁上的坑洼等瑕疵部位，而后用环氧砂浆修补瑕疵。④对渡槽内壁裂纹部位，用专用修补剂修补后，干燥后打磨平整。⑤在渡槽接缝部位弹线，用切割机沿线切割，剔除补缝砂浆，清理干净并用底涂处理接缝区域，待底涂干燥达到强度后，在缝内固定铁丝网、橡胶止水带，填筑聚氨酯结构密封胶，初干后粘贴专用网格布，网格布平整顺滑，密实粘贴。⑥瑕疵、裂缝、接缝整修完毕后，渡槽内壁基层表面保证平顺。

3.2.2 喷涂界面剂

①待渡槽内壁大面整体清理，表面实干后，喷刷界面剂。②界面剂按照设计要求的配比配置，配量适中，混合均匀，拌合后应在1 h内用完。③界面剂的喷涂范围全部覆盖渡槽内壁，无漏涂、无堆积，薄而均匀。④完成后及时进行采用覆盖等保护措施，防止污染表面。⑤要在界面剂完成后规定的时间间隔内开始聚脲的涂覆作业，对超出时间规定的，要重新涂刷界面剂。

3.2.3 喷涂聚脲

①4 h 后，待界面剂表干后，开始喷涂第一遍聚脲；②双组份聚脲严格按照以体积比为1∶1的配比混合喷涂，根据施工进度准备材料用量，混合后的涂料在1 h内使用完毕；③喷涂作业时，使用专用的双组份高压喷涂机，按照试喷时确定的速度垂直于基面均匀移动喷枪，每一枪宜覆盖上一枪幅宽300 mm 宽度；④第一遍聚脲喷涂施工厚度1 mm 左右，确定无漏喷，气泡情况；⑤第一遍施工完成5 h左右可以进行第二遍的聚脲涂料喷涂施工，施工厚度0.50～1 mm，对于内壁斜面和立面采用多次喷涂，保证聚脲涂料的平整度和性能符合质量要求。

3.3 槽身和排架外防碳化施工

3.3.1 基面处理

首先清洗、清理渡槽槽身和排架外壁，用角磨机整体打磨出新面，将表面浮浆、凸起、杂物清理干净，保证新面平整，洁净，无浮尘，粗糙度均匀。

3.3.2 裂缝处理

对混凝土表面存在的裂隙、孔洞等缺陷情况进行检查和统计分析，对于浅表性裂缝和局部小的孔洞、坑洼等瑕疵部位，先清理后润湿，而后用环氧砂浆修补瑕疵。对于槽身宽度超过0.20 mm的贯穿性裂缝采取化学灌浆处理方式进行处理。

3.3.3 露筋处理

首先清理去掉没有强度的碳化的混凝土部分，对于锈蚀的钢筋，先用角磨机钢丝刷打磨，清理后，用软毛刷蘸取3合1磷化液涂刷处理后的钢筋，膜干后在修补区域涂刷环氧底涂，待底涂表干后，直接用M10环氧砂浆抹平处理，抹平后用粗砂增糙，然后用水泥素浆涂抹正平。

3.3.4 硅烷浸渍喷涂

保持混凝土面干燥，对表面处理合格后的混凝土4 h内进行喷涂。喷涂在无雨的情况下进行，同时空气相对湿度在85%以下，温度范围：气温5～35℃，基材表面温度不大于45℃。施工采用专用的喷涂机喷涂，工作连续性实施。对于渡槽和排架立面喷涂时，采用自下而上地喷涂，使被涂立面至少有5 s 保持“看上去是湿的”状态；对于顶面和底面上，都至少有5 s“看上去是湿的”状态。每遍喷涂量控制在300 mL/m3，喷涂两遍。两遍之间的间隔时间至少为6 h。对于个别无法喷涂完全的边角处，在喷涂后采用刷子涂刷，重复涂抹，直到表面润湿，基底彻底渗透为止。完工后，检查硅烷浸渍喷涂情况。混凝土表面应喷涂均匀，无遗漏部位。

3.4 槽内伸缩缝施工处理

3.4.1 外缝处理

外缝采用铁丝网制作成U型放入板端槽内，填充聚氨酯结构密封胶封闭外缝，具体做法：利用已有的凹槽接缝，剔除补缝砂浆和原有止水木板，打磨、清理缝隙；接缝区域表面用无溶剂环氧底涂处理，待底涂干燥达到强度后，采用铁丝网制作成U型放入板端槽内，铁丝直径0.50 mm，网孔20×10 mm，两翼采用混凝土钉固定到板端槽内靠近外壁；将密封胶筒的前端对准接缝，用挤压枪挤压密封胶，使接缝完全填充。填充完成后，用压勺、刮刀将密封胶封平。

该胶以伸缩性钢丝网为依托（伸缩钢丝网用固定件固定在伸缩缝两边），喷涂在伸缩网上，并与经环氧底涂处理的基层紧密黏结，形成一个连接两个刚性渡槽的密封缓冲件。

3.4.2 内封处理

内缝内用橡胶止水带和聚硫密封胶封缝。先按照尺寸安装固定橡胶止水带，然后采用聚氨酯密封胶填充、封平，骑缝薄涂聚脲加强防水涂层，并粘贴专用网格布，网格布平整顺滑，密实粘贴，4 h后再涂两遍聚脲，密实压覆网格布完成接缝增强层施工。

4 处理后效果检验

工程项目完工后，在分部验收前进行了闭水试验：在渡槽内部两侧设置封堵围堰，槽内充水深度2.50 m，经过72 h，未发现槽身及外壁接缝处渗、漏水现象。

工程于2018年10月份完工验收，经过3年多的正常运行，未发现渗、漏水现象。

5 结束语

此次渡槽加固中使用到多种化学材料，包括聚脲、硅烷浸渍、聚氨酯密封胶、环氧树脂、专用修补剂，环氧底涂、橡胶止水带等，通过各种材料的组合使用保证了渡槽不同部位功能的恢复。以下工程修复经验可供类似工程借鉴。

槽身内壁采用聚脲进行防渗处理，在渡槽内壁形成高分子耐候橡胶弹性体，解决了渡槽漏水问题，同时对渡槽内壁形成一种保护层。

渡槽外部及排架采用硅烷浸渍处理，浸渍后形成一牢固的斥水层，有效地阻止氯化物和水侵入混凝土，解决混凝土碳化问题，从而有效延长建筑物耐久性和使用寿命。

混凝土裂缝处理采用双组份无收缩环氧树脂，通过灌浆方式渗入混凝土裂缝，对裂缝进行填充和封闭，提高了裂缝等薄弱部位混凝土的密实性，避免外来水侵入混凝土内部造成的损坏。

通过橡胶止水带、聚氨酯胶密封胶、可伸缩金属网、聚酯网格布及外部的聚脲涂层一体作用，形成了渡槽伸缩缝安全的防范系统。